14.1 能量的转化与守恒 同步讲义（含解析） 2025-2026学年人教版九年级全一册物理

14.1 能量的转化与守恒 同步讲义 2025-2026学年人教版九年级全一册物理
知识梳理
一、能量的多种形式
自然界中能量以多种形式存在，常见的能量形式包括：
机械能：物体由于运动或位置具有的能量，包括动能（运动的物体）、重力势能（被举高的物体）和弹性势能（发生弹性形变的物体），如运动的足球、拉长的橡皮筋、山巅的危石均具有机械能。
内能：构成物体的所有分子热运动的动能与分子势能的总和，一切物体都具有内能，如热水、摩擦后的双手。
电能：电流具有的能量，如电池提供的电能、家庭电路中的电能。
化学能：物质发生化学反应时释放的能量，储存在燃料、食物等物质中，如燃烧的煤球、食物中的能量。
光能：光具有的能量，如太阳光、电灯发出的光。
核能：原子核结构变化时释放的能量，如核电站利用核能发电。
二、能量的转化与转移
（一）能量的转化
能量的转化是指能量从一种形式转变为另一种形式的过程。在转化过程中，能量的形式发生改变。
典型实例分析：
1. 摩擦生热：双手迅速摩擦时，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，手的温度升高。
2. 太阳能利用：
太阳能电池对着阳光时，光能转化为电能，可带动小电扇转动；
太阳能热水器吸收太阳光，光能转化为内能，使水温升高。
3. 燃料燃烧：如汽油燃烧，化学能转化为内能，释放热量。
4. 电动机工作：电动机通电后转动，电能转化为机械能，如电风扇、电动车。
5. 发电机发电：水轮机带动发电机转动，机械能转化为电能，如水电站发电。
6. 光合作用：植物吸收太阳光，光能转化为化学能，储存在有机物中。
（二）能量的转移
能量的转移是指能量从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，能量的形式不发生改变。
典型实例分析：
1. 热传递：用热水袋取暖时，内能从高温的热水袋转移到人体；铁块一端烧红后，另一端也会变热，内能从高温部分转移到低温部分。
2. 机械能转移：水流冲击水轮机时，水的机械能转移到水轮机，使水轮机转动；运动的小球碰撞静止的小球，前者的动能转移到后者。
（三）转化与转移的区别
项目 能量转化 能量转移
本质 能量形式发生改变 能量形式不变，仅位置变化
实例 电动机（电能→机械能） 热传递（内能从高温到低温）
判断依据 存在两种及以上不同形式的能量 仅一种形式的能量在不同物体/部分间传递
三、能量守恒定律
（一）定律内容
能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 这是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，适用于一切能量变化过程。
（二）对定律的理解
1. “守恒”的含义：能量的总量不变，而非某一种形式的能量不变。例如，荡秋千时，若停止用力，秋千高度逐渐降低，机械能转化为内能（克服摩擦做功），机械能减少，但机械能与内能的总量不变。
2. “转化与转移”的普遍性：所有能量变化过程都遵循这一定律。例如，用水发电时，能量转化顺序为：重力势能（高处的水）→动能（下落的水）→机械能（水轮机）→电能（发电机），整个过程中能量总量守恒。
（三）应用实例
1. 风光互补景观照明灯：
储能时：风力发电机将机械能转化为电能，太阳能电池板将光能转化为电能，电能再转化为蓄电池的化学能储存；
照明时：蓄电池的化学能转化为电能，电能再转化为照明灯的光能。
2. 运动员滑雪：从高处滑下时，重力势能转化为动能和内能（克服摩擦），由于部分机械能转化为内能，运动员在空中无法达到初始高度（机械能总量减少，但总能量守恒）。
四、永动机不可行原理
（一）永动机的设想
永动机是指不需要外界输入能量，却能持续对外做功的机器。例如，设想通过高处水流冲击叶片做功，同时带动抽水机将水抽回高处循环工作。
（二）不可行的原因
根据能量守恒定律，能量不会凭空产生。机器运行中，叶片转动、抽水过程会因摩擦等因素消耗能量（转化为内能），导致用于抽水的能量小于水流冲击叶片的能量，最终水会越来越少，机器停止运行。因此，永动机违背能量守恒定律，无法实现。
（三）结论
任何机器只能实现能量的转化或转移，不能创造能量。能量守恒定律否定了永动机的可能性，是自然界客观规律的体现。
五、教材“想想做做”实验解析
1. 摩擦双手：迅速摩擦双手，机械能转化为内能，手会发热。
2. 黑塑料袋盛水晒太阳：太阳能转化为水的内能，温度计示数升高。
3. 太阳能电池带动电扇：光能转化为电能，电能再转化为电扇的机械能。
4. 塑料笔杆摩擦后吸引纸片：摩擦时机械能转化为电能（静电），笔杆带电能吸引轻小物体。
同步练习
一、单项选择题
1．下列关于能量转化现象的说法中，错误的是（　　）
A．电热毯通电发热，电能转化为内能
B．电风扇工作，电能转化为机械能
C．暖瓶塞被热气弹开，机械能转化为内能
D．电池充电，电能转化为化学能
2．将装有酒精的金属管固定在桌子上，并用塞子塞紧。快速来回拉动绕在管上的绳子，过一会儿塞子跳起来，如图所示。则（　　）
A．拉动绳子过程，金属管温度升高，内能增加
B．拉动绳子过程，管内酒精温度升高，蒸发加快
C．塞子跳起时，管内气体温度升高，内能增加
D．塞子跳起时，管内气体内能全部转化为塞子的机械能
3．2016年奥运会三米板双人跳水夺冠后，吴敏霞以 5 金 1 银 1 铜的战绩成为奥运会跳水项目第一人，下列关于她三米板跳水有关说法中正确的是（ ）
A．起跳时跳板的弹性势能全部转化为运动员的重力势能
B．起跳时跳板的动能转化为运动员的重力势能
C．起跳时运动员的重力势能转化为运动员的动能
D．离开跳板后运动员的动能先减小后增大
4．据报道，一种新型太阳能公共卫生间落户北京，该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供，它还能将多余的能量储存在蓄电池里。这种能量转化和储存的方式是(　　)
A．太阳能转化为内能，再转化为电能
B．太阳能转化为电能，再转化为化学能
C．太阳能转化为内能，再转化为化学能
D．太阳能转化为电能，再转化为光能
5．在如图所示的实验中，用酒精灯给试管加热，试管内水的温度逐渐升高直至沸腾．水沸腾后，橡胶塞从试管口飞出，试管口附近有“白气”产生．关于上述过程中能量的变化情况，下列说法不正确的是（　　）
A．酒精燃烧的过程，是化学能转化为内能的过程
B．水升温的过程，是通过热传递使内能增加的过程
C．试管口附近出现“白气”的过程，是内能增加的过程
D．活塞飞出的过程，是通过做功使内能转化为机械能的过程
6．电蚊香是我们在夏季驱除蚊虫的好帮手．在使用时，只需将电蚊香插上电源，它内部的结构就会发热使蚊香片或电蚊香挥发，从而达到驱虫的目的．电蚊香在正常工作时，其内部发生的能量转化主要是（　　）
A．化学能转化为电能 B．电能转化为内能
C．内能转化为化学能 D．机械能转化为电能
7．如图是某地使用的“风光互补”景观照明灯．它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池．下列解释合理的是（　　）
A．光电池板是将电能转化为光能
B．小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能
C．照明灯是将内能转化为电能
D．蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能
8．如图所示，单摆从A位置由静止开始运动，随后，我们会看到摆球会在C点左右摆动，摆动的幅度越来越小，最后静止于C点．在摆动的摆动过程中，摆球所具有的机械能（　　）

A．不变 B．减少 C．增加 D．周期性变化
二、填空题
9．小球在弹跳过程中，每次跳起能达到的最大高度不断降低，是因为机械能转化为　 　，小球、地面以及附近空气的总能量　 　。（选填“守恒”或“不守恒”）
10．汽车散热器常用水作为冷却剂，这是利用了水的 　 　较大的性质；我国用长征火箭发射“嫦娥”系列卫星，火箭发射升空时，燃料燃烧将 　 　能转化为内能，再转化为火箭的机械能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的 　 　较大。
11．在今年的杭州亚运会射击男子10米气步枪赛场，盛李豪以253.3环的优异成绩夺金（如题图所示）。射击时，枪膛内高压气体的　 　能转化为弹丸的机械能；子弹出膛后在飞行的过程中速度减小，机械能　 　。子弹击中靶心后停下，内能会　 　。（后两空均填“变大”“变小”或“不变”）
12．汽车刹车时，由于摩擦，汽车的动能转化为　 　能，这些能量不能自动地用来驱动汽车；而有些新能源汽车有“动能回收装置”，即在刹车时带动　 　（选填“发电机”或“电动机”）工作，将汽车的动能转化为　 　能并为电池充电，之后电池又可以再次驱动汽车。
13．如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作，这种永动机　 　（选填“能够”或“不能”）永远工作下去，因为在这一过程中会有一部分　 　能转化为　 　能，而能量的总量保持不变。
三、实验探究题
14．如图所示，在试管内装适量的水，用软木塞塞住加热使水沸腾一段时间，水蒸气会把软木塞冲开。
（1）酒精燃烧时，化学能转化为　 　能；
（2）水的温度升高，这是利用　 　的方式增加了水的内能；
（3）水蒸气冲开瓶塞，水蒸气对软木塞做功水蒸气的温度　 　（选填“降低”或“升高”）内能　 　（选填“减少”“增加”或“不变”）。
（4）水蒸气冲开软木塞的过程中，　 　能转化为　 　能。
答案解析部分
1．【答案】C
【解析】【解答】解：A、电热毯通电发热，电能转化为内能，A不合题意；
B、电风扇将电能转化为机械能，B不合题意；
C、暖瓶塞被热气弹开，消耗了热气的内能，瓶塞获得了机械能，即内能转化为机械能，C符合题意；
D、电池充电，电能转化为化学能，D不合题意．
故答案为：C．
【分析】内能转化为机械能时，消耗内能同时获得了机械能；电热毯工作时，电能转化成了内能；电风扇工作时，电能转化成了机械能和内能；电池充电，电能转化为化学能 .
2．【答案】A
【解析】【解答】AB、塞子跳起来，动能增大，这是因为拉动绳子过程，金属管温度升高，内能增加，酒精蒸发成酒精蒸汽，说蒸汽对塞子做了功；A符合题意，B不符合题意；
C、当塞子跳起时，金属管内气体对塞子做功，内能减小，温度降低，C不符合题意；
D、塞子跳起时，管内气体部分内能转化为塞子的机械能，D不符合题意.
故答案为：A.
【分析】本题考查内能改变方式和内能与做功的关系.
3．【答案】D
【解析】【解答】ABC、起跳时，跳板逐渐恢复原状(弹性形变减小)，使运动员获得一定的速度并达到一定的高度，所以，跳板的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能，ABC不符合题意；
D. 离开跳板后，在上升阶段运动员的速度不断变小，动能减小；在下降阶段运动员的速度不断变大，动能增大；所以离开跳板后运动员的动能先减小后增大，D符合题意。
故答案为：D.
【分析】根据运动员起跳时的能量转化及运动员的动能变化分析判断。
4．【答案】B
【解析】【解答】太阳能电池板把太阳能转化成电能，它还能把多余的能量储存在蓄电池里，是指把多余的电能转化成化学能储存在蓄电池里.
故答案为：B.
【分析】能量的转化过程，消耗的能量转化为得到的能，由此分析解答.
5．【答案】C
【解析】【解答】解：
A、酒精燃烧，是酒精的化学能转化为火的内能，故A正确；
B、水从火吸收热量、内能增加、温度升高，是通过热传递使水的内能增加，故B正确；
C、水蒸气对软木塞做功，将塞子推出，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，水蒸气内能减小、温度降低，液化成小水珠飘散在空中，即“白气”，故C错；
D、水蒸气对软木塞做功，将塞子推出，水蒸气的内能转化为软木塞的机械能，水蒸气内能减小、温度降低，属于做功改变物体的内能，故D正确．
故选C．
【分析】利用下列知识分析判断：（1）燃料燃烧实质是将燃料的化学能转化为内能；（2）当对物体做功时，机械能转化为物体的内能，物体的内能增大；当物体对外做功时，物体的内能转化为机械能，物体的内能减小；（3）“白气”是水蒸气液化形成的小液滴．
6．【答案】B
【解析】【解答】解：电热灭蚊器在工作过程中消耗电能，得到内能，将电能转化为内能．
故选B．
【分析】用电器工作的过程是将电能转化为其它形式的能量的过程．
7．【答案】B
【解析】【解答】解：A、这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板也可以把太阳能转化为电能，故A说法错误；
B、“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，风能属于机械能的一种，故B说法正确；
C、照明灯工作时，将电能转化为光能，故C说法错误；
D、蓄电池夜晚放电，将化学能转化为电能，而不是将电能转化为化学能，故D说法错误．
故选B．
【分析】自然界中的风能和太阳能是能量巨大的资源，现在科学家都在设计装置利用它们的能量；
风扇式发电机可以通过风吹动扇片转动，把风能转化为电能；
太阳能电池可以把太阳能转化为电能．
8．【答案】B
【解析】【解答】解：由题意可知，当摆球在A、B、C三点间来回摆动时，动能和势能相互转化，但由于受到空气阻力的作用，一部分机械能会逐渐转化为内能，使机械能的总量减少，因此，摆球摆动的幅度越来越小．
故选B．
【分析】知道单摆运动时，动能和势能相互转化，并知道只有不计空气阻力和摩擦时，机械能才会守恒．
9．【答案】内；守恒
【解析】【解答】由题意知道，皮球运动过程中弹起的高度越来越小，说明重力势能越来越小，同时速度越来越慢，也就是动能越来越小，即机械能减少。机械能减少的原因是克服空气摩擦力做功，与地面撞击做功，将机械能转化成了部分内能。
小球、地面以及附近空气的总能量是守恒的。
【分析】物体运动过程中，将机械能转化为内能；能量在转移或转化中，总量守恒。
10．【答案】比热容；化学；热值
【解析】【解答】（1）汽车散热器常用水作为冷却剂，这是利用了水的比热容较大的性质；
（2）我国用长征火箭发射“嫦娥”系列卫星，火箭发射升空时，燃料燃烧将化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能；
（3）火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的热值较大。
【分析】（1）比热容是表示物质吸放热本领大小的物理量；
（2）根据能量转化的知识解答；
（3）热值是表示燃料燃烧放热本领大小的物理量。
11．【答案】内；变小；变大
【解析】【解答】射击时，枪膛内高压气体的内能转化为弹丸的机械能。
子弹出膛后在飞行的过程中速度减小，克服空气阻力做功，机械能会转化为内能，所以机械能减小。
子弹击中靶心后停下，子弹克服摩擦力做功，机械能转化为内能，所以内能会增大。
【分析】做功可以改变物体内能；
物体克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，机械能减小。
12．【答案】内；发电机；电
【解析】【解答】汽车刹车时，克服摩擦做功，则汽车的动能会转化为内能，这些能量不能自动地用来驱动汽车，能量转化具有方向性。汽车刹车时带动发电机工作，可将汽车的动能转化为电能并为电池充电。
【分析】汽车刹车时，机械能会转化为内能，这些能量无法再转化利用。发电机可以将其它形式的能转化为电能。
13．【答案】不能；机械；内
【解析】【解答】他设想的机械装置不可能实现，因为抽水机在此过程中，存在摩擦，有部分机械能会转化为内能，即机械能会逐渐减少，所以机械能总量不守恒，他设想的机械装置不能实现。
【分析】永动机不能实现，运动的物体有机械能转化为内能。
14．【答案】（1）内
（2）热传递
（3）降低；减小
（4）内；机械
【解析】【解答】（1）酒精燃烧时，化学能转化为内能；
（2）水的温度升高，这是利用热传递的方式增加了水的内能；
（3）水蒸气冲开瓶塞，将水蒸气的内能转化为瓶塞的机械能，则水蒸气的温度降低，内能减少。
（4）水蒸气冲开软木塞的过程中，内能转化为机械能。
【分析】（1）（4）根据能量转化的知识解答；
（2）改变物体的内能方式：①做功，本质为能量的转化；②热传递，本质为能量的转移；
（3）外界对物体做功，则内能增大，温度升高；物体对外界做功，则内能减小，温度降低